快速搞懂Node.js中的性能指标

青灯夜游

发布时间：2021-09-16 10:10:18

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本篇文章带大家了解一下node.js的性能指标，希望对大家有所帮助！

快速搞懂Node.js中的性能指标

对于我们前端工程师来说，掌握Node.js应用开发是我们走上资深/专家的一条必经之路。此外Node.js是一门服务端语言，我们不仅要能够完成开发任务，而且更应该要关注服务器性能。【推荐学习：《nodejs 教程》】

本文就针对Node.js的基础和性能指标做一些初步的介绍。

应用场景

在介绍NodeJS性能指标之前呢，我们先来看看它的应用场景，针对不同的应用场景，所要关注的性能指标是有所不同的。

BFF中间层，接口的代理，充当网关层
开发构建工具gulp，webpack基于Node.js
桌面应用程序Electron和Node.js结合
SSR服务端渲染

Node.js如果是用于前端SSR的话，那么CPU和网络就会成为主要的性能瓶颈；

如果使用NodeJS来进行数据持久化相关的工作，那么I/O和磁盘会有很高的占用率;

而在大多数场景下，CPU、内存以及网络可以说是Node的主要性能瓶颈。

优缺点

node.js容错，性能不是很好
node.js操作数据库不专业
node.js处理异步io强
io密集型，不适合cpu密集型

事件循环（libuv）

这里引用官网的一张图，展示了事件循环操作顺序的简化概览

阶段描述

定时器：本阶段执行已经被 setTimeout() 和 setInterval() 的调度回调函数。
待定回调：执行延迟到下一个循环迭代的 I/O 回调。
idle, prepare：仅系统内部使用。
轮询：检索新的 I/O 事件;执行与 I/O 相关的回调（几乎所有情况下，除了关闭的回调函数，那些由计时器和 setImmediate() 调度的之外），其余情况 node 将在适当的时候在此阻塞。
检测：setImmediate() 回调函数在这里执行。
关闭的回调函数：一些关闭的回调函数，如：socket.on('close', ...)

V8 GC机制

我们知道Node.js® 是一个基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行时环境，同时它又是单线程的。

其中 V8内存 分为新生代和老生代 :

新生代：采用from空间->to空间内存回收scavenge算法

老生代：采用引用标记、碎片整理的形式进行内存回收

如果GC时间过长，会导致js线程阻塞，影响服务性能。内存使用不当，则会造成内存溢出。了解了以上Node.js的基础知识之后，我们再来看性能指标

性能指标

我们从系统层面和Node.js进程层面进行一个性能指标描述

系统层面

针对服务器（物理机、虚拟机、Docker 等）级别，提供如下监控指标：

内存使用
CPU 使用率
系统负载，使用中进程/等待进行的进程数
系统 QPS
硬性性能指标
磁盘使用率
GC 统计
……

进程层面

针对每个 Node.js 进程，提供如下监控指标：

堆内（total 和 used）和堆外内存统计
堆内各个内存空间占用内存统计
垃圾回收（GC）占整个进程运行时间比例
QPS
按 1s、15s、30s、60s 的 CPU 统计
libuv 句柄，定时器统计
……

如何获取

针对上面讲到的性能指标，我们该如何获取呢？

系统层面

系统层面的指标可以通过以下两种方式获取

1、os模块

const os = requie('os')

代码示例

执行结果

2、top和iostat命令查看内存和硬盘使用

top [参数]

iostat[参数]

内存使用情况

//该方法返回 Node.js 进程的内存使用情况的对象
process.memoryUsage()

代码示例

执行结果：

{
  rss: 4935680,
  heapTotal: 1826816,
  heapUsed: 650472,
  external: 49879
}复制代码

名词解释：

rss 是驻留集大小, 是给这个进程分配了多少物理内存（占总分配内存的一部分）

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下载

一般这个指标上升，可能会发生内存泄漏

heapTotal 和 heapUsed 代表 V8 的内存使用情况。

external 代表 V8 管理的，绑定到 Javascript 的 C++ 对象的内存使用情况。

CPU profile

一般来说，如果涉及到内存泄漏的，可以抓取 堆快照，那如果是 CPU 异常飙高的，可以抓取 CPU Profile

可通过以下两种方式进行获取：

GC trace

V8提供了很多node.js程序启动的参数选项，通过以下实例代码的方式可以获取到GC日志的信息

node --trace_gc的执行结果

可以看到V8对于新老内存采用不同的GC过程

内存快照

如果使用 node-inspector 的话，快照中会有前端的变量干扰。推荐使用 heapdump 用来保存内存快照，使用 devtool 来查看内存快照。使用 heapdump 保存内存快照时，只会有 Node.js 环境中的对象，不会受到干扰。后面会介绍heapdump的使用

压力测试

项目上线前是要进行压力测试的，通过压力测试来寻找是否存在内存泄漏

压测工具：ab测试(ApacheBench）、autocannon

下面展示了使用ab功能进行压力测试的结果

上述运行结果可以看到

我们的一个QPS：4301.28/sec

每个请求的平均时长：23ms

传输率：617.47kb/s

内存泄漏

Node.js相对比较专业的后端语言Java、PHP等，一些基础的建设相对是不够完善的。加上单线程的特点，在大型的应用当中，很容易引起服务器或者Node.js进程的性能瓶颈。

引起node内存泄漏通常有以下三种情况：

node v8本身内存大小的限制：64 位系统约为 1.4GB，32 位系统约为 0.7GB。
程序使用不当：全局变量引用、闭包使用不当、事件监听未销毁
大文件应用：应该使用buffer操作，buffer不占用v8内存

那如何去排查内存泄漏呢？可以通过以下工具使用

工具使用

一. heapdump：生成内存快照 + chrome面板分析

需要注意的是，打印内存快照是很耗 CPU 的操作，可能会对线上业务造成影响。

引入

const heapdump = require('heapdump')

获取

方式一：命令 kill -USR2

方式二：调用writeSnapshot

heapdump.writeSnapshot('./' + Date.now() + '.heapsnapshot');

chrome面板分析

二. alinode

阿里云也提供了Nodejs应用的性能平台alinode，可以很方便、全面的为我们收集性能指标数据，同时以可视化图表的方式，更加的直观。接入alinode可参考5分钟快速入门

以下是部分采集数据图表展示

一些指标描述

Memory

memory_sys：系统内存使用百分比。
memory_node：所有 Node.js 进程内存使用之和占系统内存的百分比。

CPU

cpu_sys：系统 CPU 使用百分比。
cpu_node：所有 Node.js 进程 CPU 使用百分比之和。

Load

load1：1分钟内平均 Load。
load5：5分钟内平均 Load。
load15：15分钟内平均 Load。
下面是一些 Load 的参考信息 (Load 已经归一化处理，如果是 N 核 CPU，那么相应 Load * N)：
- 0.7 ：不错的状态，有新任务也可以及时处理；
- Load = 1：即将有任务需要额外的等待时间才能被处理，需要引起关注；
- Load > 5：任务需要等待时间很长，需要干预处理。
- 通常先看 load15，如果很高，再看 load1 和 load5，看是否有下降趋势，短时间内 load1 大于 1，不用担心，如果长时间 Load 较高，需要引起关注。